JP4285108B2

JP4285108B2 - Trap device, processing system, and impurity removal method

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Publication number: JP4285108B2
Application number: JP2003181846A
Authority: JP
Inventors: 智仁小松
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: KR20060022277A; CN100348288C; CN1723066A; WO2005000440A1; US20060144234A1; KR100687942B1; US7488374B2; JP2005013866A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜装置等の処理装置より排出される排気ガス中のガス状の不純物を除去するトラップ装置、処理システム及び不純物除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＩＣなどの集積回路や論理素子を形成するためには、半導体ウエハ、ガラス基板、ＬＣＤ基板等の表面に、所望の薄い成膜を施す行程やこれを所望のパターンにエッチングする行程が繰り返して行なわれる。
ところで、成膜工程を例にとれば、この工程においては、所定の処理ガス（原料ガス）を処理容器内にて反応させることによってシリコンの薄膜、シリコンの酸化物や窒化物の薄膜、或いは金属の薄膜、金属の酸化物や窒化物の薄膜等を被処理体の表面に形成するが、この成膜反応と同時に余分な反応副生成物が発生し、これが排気ガスと共に排出されてしまう。また、未反応の処理ガスも排出される。
【０００３】
この反応副生成物や未反応の処理ガスは、そのまま大気中に放出されると環境汚染等の原因になることから、これを防止するために一般的には処理容器から延びる排気ガス系にトラップ装置を介設し、これにより排気ガス中に含まれている反応副生成物や未反応の処理ガス等を捕獲して除去するようになっている。
このトラップ装置の構成は、捕獲除去すべき反応副生成物等の特性に応じて種々提案されているが、例えば常温で凝縮（液化）、凝固（固化）する反応副生成物を除去する場合には、このトラップ装置はその一例として排気ガスの導入口と排出口を有する筐体内に多数のフィンを設けて構成されている。そして、このフィンは、排気ガスの流れる方向に対して、順次配列してこれらのフィン間を排気ガスが通過する時に排気ガス中の反応副生成物等をフィン表面に付着させて捕獲するようになっている。また、このフィンを冷却流体等により冷却して捕獲効率を上げることも行なわれている。
【０００４】
ここで、原料ガスとして高融点金属ハロゲン化合物のＴｉＣｌ₄ （四塩化チタン）を用いてＴｉ金属膜を成膜する場合を例にとって説明すると、原料ガスとしてはＴｉＣｌ₄ の他にＨ₂ ガスを用い、これをＡｒガスの存在下にてプラズマにより活性化して水素で還元し、Ｔｉ膜を半導体ウエハ表面に堆積させている。この時、反応副生成物としてＴｉＣｌｘ（Ｘ＜４）が発生し、また、未反応のＴｉＣｌ₄ ガスも存在し、これらのＴｉＣｌｘやＴｉＣｌ₄ 等が排気ガスに含まれて流出する。これらのＴｉＣｌｘやＴｉＣｌ₄ 等は大気汚染等の原因となる不純物ガスであることから、上記したようなトラップ装置により捕獲されることになる。
【０００５】
ここで、上記した未反応ガスであるＴｉＣｌ₄ や反応副生成物であるＴｉＣｌｘ等の不純物ガスは、比較的蒸気圧が高いため、上述したようにトラップ装置内を冷却していても、このトラップ装置内で完全に捕獲して除去することがかなり困難であり、十分な回収率が得られない場合があった。このため、トラップ機構よりも下流側に設けられている除害装置で、上記トラップ機構を通り抜けた不純物ガスを完全に除去して無害化するためにかなりの負担がかかり、この除害装置のランニングコストが高騰するのみならず、この除害装置自体の寿命も短くなる、といった問題があった。このような問題は、ＴｉＣｌ₄ やＷＦ₆ や（Ｔａ（ＯＥ）₅ ）₂ （ペントエトキシタンタル）などの高融点金属化合物ガスを用いる成膜装置の共通の問題である。
【０００６】
また、ＴｉＣｌ₄ を用いる他の成膜方法として、ＴｉＮ膜を成膜する方法が知られている。すなわち、原料ガスとして高融点金属ハロゲン化合物のＴｉＣｌ₄ （四塩化チタン）を用いてＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明すると、原料ガスとしてはＴｉＣｌ₄ の他にＮＨ₃ ガスを用い、両ガスを反応させることによってＴｉＮ膜を半導体ウエハ表面に堆積させている。この時、反応副生成物としてＮＨ₄ ＣｌやＴｉＣｌ₄ （ＮＨ₃ ）ｎ（ｎは正の整数）が発生し、また、未反応のＴｉＣｌ₄ ガスも存在し、これらのガス成分は排気ガスに含まれて流出し、上記したようなトラップ装置により捕獲されることになる。
【０００７】
そして、排気ガス中の含まれる不純物ガス、例えば塩素ガスをより完全に除くためにこの不純物ガスと反応する反応性ガス、例えばアンモニアガスを排気系の途中で排気ガスに混合させて不純物ガスを凝縮し易い物質、例えば塩化アンモニウムに変換し、この塩化アンモニウムもトラップ装置にて冷却凝縮させて捕集することにより、不純物ガスを効率的に除去する方法も提案されている（特許文献１）。
またその他に、特許文献２に開示されているように、粉末成形品を焼結する焼結炉より排出されるワックス蒸気を含有する排気ガス中からワックスを液化させて回収する際に、ワックストラップ装置内に小孔を有するトラップ円板を多段に配置し、上記小孔を通過する排気ガスを断熱膨張させつつ排気ガスを自冷してワックスを液化させて回収するようにした技術も開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２１４２７２号公報
【特許文献２】
特開昭６２−４４０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような特許文献１に示すような従来のトラップ装置にあっては、トラップ処理が進むにつれて捕集物が冷却フィンに付着すると、排気ガスは捕集物層を介して冷却フィンと熱交換を行うことから、排気ガスに対する冷却効率が次第に低下し、このため捕集効果も時間の経過と共に劣化して、不純物ガスを完全には除去できなくなるのみならず、メンテナンスの頻度が高くなる、といった問題があった。この場合、捕集効率の経時的劣化を防止するためには、冷却フィンの段数を多く設定することも考えられるが、この場合には装置が過度に大型化するために現実的ではない。またメンテナンス時に捕集物を冷却フィンから洗浄により除去する場合、冷却フィンが多段に形成されて全体構造が複雑なため、洗浄操作も行い難い、といった問題もあった。
【００１０】
また特許文献２に示すようなトラップ装置では、捕集物が粘性のある固形物の場合には、捕集物がトラップ円板の小孔を次第に塞いでしまうのでメンテナンスの頻度が非常に高くなる、といった問題があった。
更にこの特許文献２のトラップ装置では、単なる小孔を用いて排気ガスを断熱膨張させているので、この冷却効率はそれ程高くはなく、従って、排気ガス中の不純物ガスを十分に捕集し切れずに、捕集効率が比較的低くなってしまう、といった問題もあった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、排気ガス中からガス状の不純物を除去するために構造が簡単で、且つ捕集効率も常時高く維持することが可能なトラップ装置、処理システム及び不純物除去方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、排気ガス中におけるガス状の不純物のトラップ方法について鋭意研究した結果、ラバルノズルを用いて作動流体を超音速で吹き込むことにより排気ガスを混合させると共に、この混合ガスを断熱膨張させることにより、排気ガスを効率的に冷却してガス状の不純物を凝縮、凝固させて捕集することができる、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
【００１２】
請求項１に係る発明は、成膜用のガスを反応させて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理を施す処理装置内を真空排気するための真空ポンプを有する真空排気系に介設されて、前記真空排気系内を流れる排気ガス中に含まれるガスであって、前記ガスの未反応ガスや前記ガスの反応によって生じた反応副生成物のガスよりなるガス状の不純物を除去するためのトラップ装置において、前記真空排気系の排気通路に介設された不純物捕集容器と、作動流体を超音速で吹き込むことにより前記排気ガスを混合させると共に生じた混合ガスを断熱膨張させて前記不純物捕集容器内で前記ガス状の不純物が含まれる前記排気ガスの温度を低下させるノズル手段と、前記混合ガス中における前記ガス状の不純物が冷却されて凝縮又は凝固する時に核となる物質を導入するための核導入手段と、を備えたことを特徴とするトラップ装置である。
このように、ノズル手段により作動流体を超音速で吹き込むことにより排気ガスと混合させると共に、この混合ガスを断熱膨張させることにより、排気ガスを冷却してガス状の不純物を凝縮、凝固して捕集させるようにしたので、冷却効率を常に高く維持することができ、従って、捕集効率も常に高く維持することが可能となる。また、従来のトラップ装置で用いた冷却フィン等のような複雑な構造物を不要にできるので、不純物捕集容器内に凝縮、凝固により付着した例えば粘性のある捕集物を除去するメンテナンス作業を行う際に、このメンテナンス作業を迅速に、且つ容易に行うことが可能となる。
また、排気ガス中に凝縮、凝固の起点となる核を導入するようにしたので、ガス状の不純物が過冷却状態になることを防止してこの凝縮、凝固を促進することができるので、不純物の捕集効率を一層向上させることが可能となる。
【００１３】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記ノズル手段は、前記不純物捕集容器に対して複数回並列に設けられる。
また例えば請求項３に規定するように、前記ノズル手段は、その流路面積が作動流体の流れ方向に沿って次第に絞り込まれて喉部を通過した後に次第に拡大するようになされたノズル本体を有する。
また例えば請求項４に規定するように、前記ノズル本体は断面が略円形に成形された作動流体噴射口を有しており、前記作動流体噴射口の周囲を囲むようにして前記排気ガスを前記不純物捕集容器側に向けて導入するためのリング状の排気ガス導入口が形成されている。
【００１４】
また例えば請求項５に規定するように、前記ノズル本体は断面が略リング状に成形された作動流体噴射口を有しており、その中心部には前記排気ガスを前記不純物捕集容器側に向けて導入するための略円形の排気ガス導入口が形成されている。
また例えば請求項６に規定するように、前記排気ガス導入口へ向かう排気ガスを一時的に滞留させるための前段滞留室が設けられる。
また例えば請求項７に規定するように、前記ノズル手段の先端部側には、前記作動流体噴射口より噴射された超音速の作動流体と前記排気ガス導入口より取り込んだ排気ガスとを混合させる混合管と、その流路面積を順次拡大させてポンプ機能を持たせた拡散管とを順次連結させている。
【００１５】
また例えば請求項８に規定するように、前記混合管と前記拡散管とには、前記不純物が凝縮、凝固して付着することを防止するための付着防止用加熱手段が設けられる。
これによれば、付着防止用加熱手段により混合管や拡散管が加熱されているので、この内壁面に不純物が例えば粘性のある固形物状になって付着することを防止することができる。
【００１６】
また例えば請求項９に規定するように、前記不純物捕集容器には、前記凝縮、凝固された不純物を付着させるための不純物付着板が着脱可能に設けられる。
また例えば請求項１０に規定するように、前記ノズル手段は、ラバルノズルである。
また例えば請求項１１に規定するように、前記作動流体は、Ｎ_２、Ｈ_２、Ａｒ、Ｈｅの内、いずれか１つのガスよりなる。
また例えば請求項１２に規定するように、前記処理装置は、成膜用のガスを反応させて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理を施す処理装置である。
【００１７】
請求項１３に係る発明は、上記トラップ装置を用いた処理システムであり、すなわち成膜用のガスを反応させて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理を施す処理装置と、前記処理装置内を真空引きするために途中に真空ポンプが介設された真空排気系と、前記真空排気系に介設された請求項１乃至１２のいずれか一項に記載されたトラップ装置と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
請求項１４に係る発明は、上記トラップ装置を用いて行われるトラップ方法を規定したものであり、すなわち成膜用のガスを反応させて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理を施す処理装置から排出される排気ガス中から前記ガスの未反応ガスや前記ガスの反応によって生じた反応副生成物のガスよりなるガス状の不純物を除去する不純物除去方法において、前記排気ガス中に作動流体を超音速で吹き込むことにより前記排気ガスを混合させると共に生じた混合ガスを断熱膨張させて前記不純物捕集容器内で前記ガス状の不純物が含まれる前記排気ガスの温度を低下させると共に前記混合ガス中における前記ガス状の不純物が冷却されて凝縮又は凝固する時に核となる物質を導入するようにしたことを特徴とする不純物除去方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のトラップ装置、処理システム及び不純物除去方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係るトラップ装置が設けられる処理システムの一例を示す概略構成図、図２は本発明のトラップ装置の第１実施例を示す断面図である。
本実施例では、被処理体としての半導体ウエハの表面に高融点金属化合物ガスとして高融点金属ハロゲン化合物ガスであるＴｉＣｌ₄ ガスを用いてプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＴｉ膜を成膜処理する場合を例にとって説明する。
図１に示すように、この処理システム２は、半導体ウエハＷに対してＴｉ膜の成膜を実際に施す処理装置（成膜装置）４と、この処理装置４内の雰囲気を真空引きして排気する真空排気系６と、この真空排気系６に介設された本発明のトラップ装置８とにより主に構成される。
【００１９】
まず、処理装置４について説明すると、この処理装置４は、例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器１０を有しており、この処理容器１０は接地されている。この処理容器１０内には、底部より導電性の支柱１２を介して載置台１４が設けられており、この上面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置して保持するようになっている。この載置台１４は、例えばＮｉ等の導電性材料よりなって下部電極を兼用するものであり、内部には、半導体ウエハＷを加熱する抵抗加熱ヒータ１６が埋め込まれている。
【００２０】
また、処理容器１０の天井部には、原料ガス等の必要なガスを処理容器１０内へ導入するシャワーヘッド１８が絶縁材２０を介して設けられており、このシャワーヘッド１８には、途中に供給側開閉弁２２を介設したガス供給通路２４が接続されて、それぞれ流量制御されたＴｉＣｌ₄ ガス、Ｈ₂ ガス、Ａｒガス等の必要なガスを供給できるようになっている。尚、各ガスをそれぞれ独立した供給通路から供給するようにしてもよい。
また、このシャワーヘッド１８は、上部電極を兼ねるものであり、これには、マッチング回路２６を介して例えば４５０ｋＨｚの高周波電源２８が接続されて、載置台１４とシャワーヘッド１８との間に高周波によるプラズマを発生させるようになっている。尚、この高周波電源２８の周波数は４５０ｋＨｚに限定されず、他の周波数を用いてもよく、例えば１３．５６ＭＨｚ等を用いてもよい。
また、処理容器１０の側壁には、ウエハＷの搬出入を行なうゲートバルブ３０が設けられ、底部周辺部には排気口３２が設けられる。
【００２１】
一方、上述のように形成された処理装置４に接続される真空排気系６は、上記排気口３２に接続される、例えば内径が１０ｃｍ程度のステンレス製の排気通路３４を有している。この排気通路３４には、排気ガス中のガス状の不純物を除去するための上記トラップ装置８、処理容器１０内の雰囲気を真空引きする真空ポンプ３６及び排気ガス中に残留する不純物ガスを完全に除去する除害装置３８が、この順序で下流側に向けて順次介設されている。
また、この排気通路３４の最上流側には、この排気通路３４の流路面積を変えて処理容器１０内の圧力を制御する圧力制御弁４０が介設される。上記圧力制御弁４０の直ぐ下流側の排気通路３４には、この排気通路３４内へ流量制御されたアンモニア（ＮＨ₃ ）ガスを注入するアンモニアガスノズル４２が設けられており、ここを流れる排気ガス中にアンモニアガスを注入して排気ガス中に含まれる塩化水素や塩素ガスとこのアンモニアガスとを反応させて塩化アンモニウム等を形成し得るようになっている。
【００２２】
また上記トラップ装置８の直ぐ上流側及び下流側の排気通路３４には、このトラップ装置８の着脱時等にこれを排気通路３４から隔離するための開閉弁４４がそれぞれ介設されている。また上記ガス供給通路２４及び上記処理容器１０と上記トラップ装置８との間の排気通路３４には、それぞれ図中点線で示すようにテープヒータ４６Ａ、４６Ｂが巻回されており、各通路２４、３４内を流れる不純物ガスの臨界温度（凝縮温度、或いは凝固温度）以上の温度に加熱して通路２４、３４内で不純物ガスが液化したり、固化したりすることを防止するようになっている。
【００２３】
そして本発明に係るトラップ装置８は、図２にも示すように、例えばアルミニウム製の箱状に成形された不純物捕集容器５０を有している。この不純物捕集容器５０の天井部にはガス入口５２が形成されており、このガス入口５２に上流側より延びてくる排気通路３４を接続して排気ガスを導入するようになっている。またこの不純物捕集容器５０の一側壁には、ガス出口５４が形成されており、このガス出口５４に下流側に延びる排気通路３４を接続してガス状の不純物が除去された排気ガスを下流側へ排出するようになっている。尚、上記ガス入口５２及びガス出口５４の設置位置は特に限定されない。
【００２４】
また上記不純物捕集容器５０の他の一側壁には、例えば開閉可能になされた開閉ドア５６となっており、メンテナンス時等の必要時にこの開閉ドア５６を開閉し得るようになっている。この開閉ドア５６は、Ｏリング等のシール部材５８を介して気密に閉塞される。またこの不純物捕集容器５０内の底部の略全面には、着脱可能になされた不純物付着板６０が取り付けられており、この上面に凝縮、凝固させて例えば粘度の高い液状になった不純物、或いは凝縮、凝固した不純物Ｍ（図２参照）を付着させるようになっている。
【００２５】
そして、この不純物付着板６０に対向する不純物捕集容器５０の天井部６２には、本発明の特徴とするノズル手段６４が設けられている。このノズル手段６４には、作動ガス通路６６を介して作動流体として例えばＮ₂ ガスを貯留する作動ガス源６８が接続されており、所定の圧力のＮ₂ ガスを上記ノズル手段６４に向けて供給できるようになっている。またこの作動ガス通路６６の途中には、Ｎ₂ ガスの供給を制御する開閉弁７０が介設されている。そして、上記ノズル手段６４の直ぐ上流側の作動ガス通路６６には、この作動流体中にガス状の不純物が凝縮、凝固する時に核となる物質を導入するための核導入手段７２が設けられている。
【００２６】
この凝縮、凝固の起点となる核を導入する核導入手段７２としては、ここでは上記作動ガス通路６６に取り付けたガスノズル７２Ａを有しており、このガスノズル７２Ａより核として流量制御された水蒸気を導入し得るようになっている。そして上記構成により、上記ノズル手段６４からは、超音速状態で上記作動流体（Ｎ_２ガス）を噴射し得るようになっている。この結果、作動流体は、不純物捕集容器５０内に吹き込まれて排気ガスと混合しつつ断熱膨張して排気ガスを冷却し、ガス状の不純物をこの臨界点以下に冷却して凝縮、凝固し得るようになっている。
【００２７】
この場合、図２に示すように上記ノズル手段６４を形成するノズル本体７４は、その中心に流路面積が作動流体の流れ方向に沿って次第に絞り込まれて、最も流路面積が狭い喉部７４Ａを通過した後に次第に拡大するような形状となっており、従って、その最下端部の断面が略円形になされた作動流体噴射口７４Ｃとなっている。このようなノズル手段６４としては、例えばラバルノズルを用いることができる。
【００２８】
次に、以上のように構成された処理システムを用いて行なわれる不純物除去方法について説明する。
まず、Ｔｉ膜の成膜時には、処理装置４の処理容器１０内の載置台１４上に半導体ウエハＷを載置し、そして、これを所定の温度に昇温加熱維持する。これと同時に、下部電極である載置台１４と上部電極であるシャワーヘッド１８との間に高周波電圧を印加し、また、シャワーヘッド１４からＴｉＣｌ₄ ガス、Ｈ₂ ガス、Ａｒガス等の所定のガスを流量制御しつつ流し、処理空間にプラズマを立ててＴｉ膜の成膜を行なう。これと同時に、真空排気系６も駆動して処理容器１０内の雰囲気を真空引きして内部を所定の圧力に維持する。
【００２９】
この時のプロセス条件に関しては、例えばウエハサイズが８インチサイズと仮定すると、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）、プロセス温度は６５０℃程度、ＴｉＣｌ₄ ガスの流量は５ｓｃｃｍ程度、Ｈ₂ ガスの流量は２０００ｓｃｃｍ程度、Ａｒガス流量は５００ｓｃｃｍ程度である。
上記Ｔｉ膜の成膜反応により、ＴｉＣｌ₄ ガスは約１０％程度消費されるが、残りの約９０％程度は未反応ガスとして、また、ＴｉＣｌ₂ やＴｉＣｌ₃ やＨＣｌなどの反応副生成物として排気ガスと共に排気口３２より真空排気系６の排気通路３４内へ流入してこれを流下し、この排気ガスは更にトラップ装置８、真空ポンプ３６及び除害装置３８の順に順次流れて行く。ここで、上記未反応ガスや反応副生成物の内、特にＴｉＣｌ₄ ガスは比較的蒸気圧が高いので、トラップされ難いが、アンモニアガスノズル４２から反応ガスとしてＮＨ₃ ガスを排気通路３４中に導入しており、これにより、ＮＨ₃ ガスと主にＴｉＣｌ₄ ガスとを反応させてＴｉＣｌ₄ ・２ＮＨ₃ の錯体よりなる化合物を形成している。この錯体は、ＴｉＣｌ₄ ガスよりもかなり蒸気圧が低く、例えばＴｉＣｌ₄ ガスは２１．３℃において１３００Ｐａであるが、上記錯体は２１．３℃において１×１０^-4Ｐａ程度である。また、ＨＣｌガスもＮＨ₃ ガスと反応してＮＨ₄ Ｃｌガスとなるが、これも蒸気圧が低い。
【００３０】
このように、主として未反応残留ガスを、ＮＨ₃ ガスと反応させて蒸気圧の低い化合物に変換され、また、反応副生成物であるＨＣｌをＮＨ₃ ガスと反応させて蒸気圧の低い化合物に変換され、トラップ装置８内で比較的捕集し易くなっている。上記錯体やＮＨ₄ Ｃｌ等よりなるガス状の不純物は排気ガス中に含まれて、トラップ装置８のガス入口５２より不純物捕集容器５０内へ導入されることになる。
ここで、この不純物捕集容器５０内へは、この天井部に設けたノズル手段６４より作動流体としてＮ₂ ガスが断熱膨張により超音速状態で吹き込まれている。このＮ₂ ガスは断熱膨張をすることにより自らは温度が低下し（これを自冷とも称す）つつ排気ガスと混合し、これによって排気ガスを冷却するので上記ガス状の不純物は臨界点以下に冷却されて凝縮し、或いは凝固して析出し、この不純物Ｍは不純物捕集容器５０内の底部に設けた不純物付着板６０に付着して堆積することによって捕集されることになる。このようにしてガス状の不純物が除去された排気ガスは、ガス出口５４より排出されて下流側の真空ポンプ３６の方に流れて行く。
【００３１】
このように、圧力差を作動流体であるＮ_２ガスの運動エネルギに効率的に変換して超音速状態を実現できるノズル、例えばラバルノズルを用い、このラバノズルより吹き出されたＮ _２ガスが排気ガスと混合して断熱膨張し、この時に自冷する冷熱によりガス状の不純物を冷却して凝縮、凝固させるようにしたので、ガス状の不純物を効率的に排ガス中から除去することができる。
また従来のトラップ装置で用いた冷却フィン等を使用していないので、冷却効率を常時高く維持することができ、しかも、捕集された不純物が増加しても排気コンダクタンスに悪影響を与えることもない。しかも、上述したように冷却フィン等を用いていないので、トラップ装置８の全体構成も簡単化することができる。尚、この時の作動流体の流量は、上流側の処理容器１０内の圧力制御に悪影響を与えないような流量とする。
【００３２】
また上記作動流体であるＮ₂ ガス中には、核導入手段７２より導入された水蒸気が含まれているので、これが不純物捕集容器５０内で冷却されて微細な氷粒となって核として機能し、上記ガス状の不純物が過冷却されることなく上記氷粒を核として凝縮、凝固して析出することになり、この結果、、不純物の捕集効率を一層高めることが可能となる。尚、上記核導入手段７２を不純物捕集容器５０に設けて、水蒸気をこの不純物捕集容器５０内に直接的に導入するようにしてもよい。この点は後述する他の実施例でも同様である。
【００３３】
またこのトラップ装置８のメンテナンス時には、開閉ドア５６を取り外した後に、着脱可能になされた不純物付着板６０を不純物捕集容器５０より取り出し、この不純物付着板６０の上面に付着している不純物Ｍを洗浄して除去するだけで済むので、メンテナンス作業性も大幅に向上させることができる。
尚、この第１実施例では、本発明の理解を容易にするために、ノズル手段６４を一基のみ設けた場合を例にとって説明したが、このノズル手段６４を複数個並列させて設けるようにし、各ノズル手段６４から不純物捕集容器５０内へ水蒸気が混入された作動流体を噴射して吹き込むようにしてもよい。
【００３４】
＜第２実施例＞
次に本発明の第２実施例について説明する。この第２実施例では先の第１実施例のノズル手段６４の構造を少し変更し、これを複数個並列に設けた構成となっている。
図３はこのような本発明のトラップ装置の第２実施例を示す断面図、図４は図３中の１つのノズル手段を示す拡大断面図、図５は図４中のＡ−Ａ線矢視断面図である。尚、図１及び図２に示す部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図示するように、ここでは不純物捕集容器５０の前段側に処理容器１０側から流れてくる排気ガスを一時的に滞留乃至貯留するための例えばステンレス製の前段滞留室８０を有している。この前段滞留室８０の側壁の一部にガス入口８２が設けられており、このガス入口８２に上流側の排気通路３４を接続して排気ガスを流入させるようになっている。
【００３５】
そして、上記前段滞留室８０の長手方向の側壁と前記不純物捕集容器５０の天井部６２との間には、前段滞留室８０と不純物捕集容器５０内とを連通するようにして複数、図示例では９個の連通路８４が並列に設けられており、この連通路８４を介して前段滞留室８０内の排気ガスを不純物捕集容器５０内の方へ流すようになっている。この連通路８４は、図４にも示すように、排気ガスの流れ方向に沿ってその内径が順次縮径されて円錐状になされた導入管８６と、この導入管８６に続く円筒体状の混合管８８と、この混合管８８に続いて排気ガスの流れ方向に沿ってその内径が順次拡径された拡散管９０とにより主に構成されている。
【００３６】
一方、上記前段滞留室８０内には、上記作動ガス通路６６に接続される所定の大きさの作動ガスヘッダ９２が設けられており、この作動ガスヘッダ９２内に凝縮、凝固の起点となる水蒸気が含有された作動ガスを導入するようになっている。そして、上記作動ガスヘッダ９２から、上記各連通路８４に向けて、図２において説明したものと同様な構造のノズル手段６４が延在させて設けられている。このノズル手段６４のノズル本体７４の先端部は、図４にも示すように、上記導入管８６と混合管８８との接合部に略位置されており、非接触状態になされている。
【００３７】
従って、この部分において図５にも示すように、中心部では断面が略円形の作動流体噴射口７４Ｃが形成され、この作動流体噴射口７４Ｃの周囲を囲むようにして断面が略リング状の排気ガス導入口９４が形成されることになり、この排気ガス導入口９４から排気ガスが不純物捕集容器５０内に向けて導入される。ここで上記ノズル本体７４は、前述したように、その中心に流路面積が作動流体の流れ方向に沿って次第に絞り込まれて、最も流路面積が狭い喉部７４Ａを通過した後に次第に拡大するような形状となっており、従って、その最下端部の断面が略円形になされた作動流体噴射口７４Ｃとなっている。このようなノズル手段６４としては、前述したように例えばラバルノズルを用いることができる。
【００３８】
このようにして、ノズル手段６４から超音速状態の作動流体を噴射するようにした結果、このノズル手段６４はエジェクターポンプのようなポンプ機能を有することになり、排気ガス導入口９４からの排気ガスは作動ガスの噴流に押し流されて排気側に向かって流れるようになっている。
また、この混合管８８と拡散管９０の外周壁には、例えばテープヒータのような付着防止用加熱手段９６が設けられており、これをガス状の不純物の臨界温度以上に加熱することにより、この内壁面に不純物が凝縮、凝固して付着することを防止するようになっている。
【００３９】
この第２実施例の場合には、基本的には第１実施例の場合と同様な作用効果を発揮できる。例えば処理容器１０側から流れてくる排気ガスは前段滞留室８０内で全体に拡散し、各連通路８４を介して並行して不純物捕集容器５０内側へ導入されることになる。これと同時に、作動ガスヘッダ９２を介して各ノズル手段６４の作動流体噴出口７４Ｃからは、作動流体として例えばＮ₂ ガスが断熱膨張により超音速状態で噴射される。この超音速状態のＮ₂ ガスは、リング状の排気ガス導入口９４から導入される排気ガスと混合管８８内にて混合されつつ拡散管９０内を拡散されて不純物捕集容器５０内に至り、ガス状の不純物を冷却して凝縮、凝固させ、不純物付着板６０上に不純物Ｍが付着することになる。これにより、第１実施例の場合と同様に、排気ガス中から不純物を効率的に除去することができる。特に複数個のノズル手段６４を並列に設けたので、その分、不純物の除去効率を高めることができる。
【００４０】
また作動流体中に例えば水蒸気のような核を混入させることにより、第１実施例の場合と同様に、ガス状の不純物の過冷却をなくして、この不純物の除去効率を一層高めることができる。更には、従来のトラップ装置は排気コンダクタンスを低下させるように作用するのに対して、この第２実施例では、ノズル手段６４はポンプ機能を発揮して作動流体噴射口７４Ｃの周囲に設けたリング状の排気ガス導入口９４からの排気ガスを巻き込むようにして排気側へ押し流すように作用するので、排気コンダクタンスを高めることができ、排気系に悪影響を与えることがない。また混合管８８や拡散管９０には、付着防止用加熱手段９６を設けてこれを加熱するようにしているので、この内壁面側に不純物が付着することを防止することができる。
【００４１】
ここで図４に示す構成において、各部における温度、圧力、流速等の各パラメータについて検討した結果、次に示すような結果を得ることができた。
ノズル入口における作動流体圧力Ｐ１：１．３３×１０⁴ Ｐａ（≒０．１ａｔｍ）
作動ガス源６８内の作動流体のガス温度Ｔ１：２９３Ｋ（２０℃）
ノズル入口における作動流体流速Ｕ１：０．０ｍ／ｓ（超音速に比べればゼロとみなせる）
ガスの比熱比κ：１．４
排気ガス導入口９４の排気ガスの圧力Ｐｅ２：１３３Ｐａ
排気ガス導入口９４の排気ガスの温度Ｔｅ２：４２３Ｋ（１５０℃）
排気ガス導入口９４の排気ガスの速度Ｕｅ２：３２８．２ｍ／ｓ
排気ガス導入口９４の面積Ｓｅ：８０８．５ｍｍ²
作動流体噴射口７４Ｃの面積Ｓｎ：１１５５．０ｍｍ²
混合管８８の直径Ｄ１：５０．０ｍｍ
拡散管９０の出口直径Ｄ２：５３．９ｍｍ
【００４２】
上記のように各パラメータを設定した時、以下に示すような結果を得た。
ノズル出口における圧力Ｐｎ２：１３３Ｐａ（≒０．００１ａｔｍ）
ノズル出口における作動流体温度Ｔｎ２：７８．６Ｋ（−１９４．４℃）
ノズル出口における作動流体速度Ｕｎ２：６５６．４ｍ／ｓ（超音速状態）
混合管８８の出口における圧力Ｐ４：１３３Ｐａ
混合管８８の出口における混合ガスの温度Ｔ４：１５０．８Ｋ（−１２２．２℃）
混合管８８の出口における混合ガスの速度Ｕ４：４１３．３ｍ／ｓ
拡散管９０の出口における圧力Ｐ５：１８９．９Ｐａ
拡散管９０の出口における混合ガスの温度Ｔ５：１６７．０Ｋ（−１０６．０℃）
拡散管９０の出口における混合ガスの速度Ｕ５：３７２ｍ／ｓ
【００４３】
以上に示したように、作動流体がノズルの出口から超音速状態で噴射された後に混合管８８、拡散管９０を経て不純物捕集容器５０内に至るまで、混合ガスの温度は非常に低くできることが確認できた。
【００４４】
＜第３実施例＞
次に本発明の第３実施例について説明する。この第３実施例では先の第２実施例のノズル手段６４の構造に関して、中心側と外周側とを逆転させた構造とし、中心側より排気ガスを流し、外周側より作動流体を噴射させるようにしたものである。
図６はこのような本発明のトラップ装置の第３実施例を示す断面図、図７は図６中の１つのノズル手段を示す拡大断面図、図８は図７中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。尚、図３乃至図５に示す部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図示するように、ここでも第２実施例と同様に、不純物捕集容器５０の前段側に処理容器１０側から流れてくる排気ガスを一時的に滞留乃至貯留するための例えばステンレス製の前段滞留室８０を有している。この前段滞留室８０の側壁の一部にガス入口８２が設けられており、このガス入口８２に上流側の排気通路３４を接続して排気ガスを流入させるようになっている。
【００４５】
そして、上記前段滞留室８０の長手方向の側壁からは略円筒状の複数の、図示例では６本のノズル本体１００が不純物捕集容器５０に向けて延在させて設けられている。また前段滞留室８０と上記不純物捕集容器５０との間には、作動ガス通路６６に接続された所定の大きさの作動ガスヘッダ９２が介在させて設けられている。
【００４６】
そして、上記作動ガスヘッダ９２の長手方向の側壁と前記不純物捕集容器５０の天井部６２との間には、作動ガスヘッダ９２と不純物捕集容器５０内とを連通するようにして複数、図示例では６個の連通路１０２が並列に設けられており、この連通路１０２を介して作動ガスヘッダ９２内の作動流体を不純物捕集容器５０内の方へ流すようになっている。この連通路１０２は、図７にも示すように、作動流体の流れ方向に沿ってその内径が順次縮径されて円錐状になされた導入管１０４と、この導入管１０４に続く円筒体状の混合管１０６と、この混合管１０６に続いて排気ガス（作動流体）の流れ方向に沿ってその内径が順次拡径された拡散管１０８とにより主に構成されている。
【００４７】
ここで上記導入管１０４と混合管１０６とで、ノズル外筒１１０が構成されており、このノズル外筒１１０と上記ノズル本体１００とで、ノズル手段１１２を形成している。具体的には、上記ノズル本体１００は、上記作動ガスヘッダ９２の一側壁を気密に貫通してヘッダ内部へ挿入され、このノズル本体１００の先端部は、上記混合管１０６の途中まで挿通されて非接触状態になされている。そして、上記ノズル本体１００の先端部の外周には、流路面積が作動流体の流れ方向に沿って次第に絞り込まれて流路面積が最も狭い喉部１００Ａを通過した後に次第に拡大するような形状となる断面凸状になされた絞り部１１２がリング状に形成されており、この流路を作動流体が通った時に、▲１▼部と▲２▼部（図７参照）の差圧が有効に速度に変換されて低温で超音速の状態が実現できるようになっている。
【００４８】
従って、図８にも示すように、中心部では断面が略円形の排気ガス導入口１１４が形成され、この排気ガス導入口１１４の周囲を囲むようにして断面が略リング状の作動流体噴射口１００Ｃが形成されることになり、上記排気ガス導入口１１４から排気ガスが不純物捕集容器５０内に向けて導入される。また、上記作動流体噴射口１００Ｃから作動流体が噴射される。尚、上記断面凸状の絞り部１１２は、ノズル本体１００側ではなく、混合管１０６の内面側に設けるようにしてもよく、或いは両者に設けるようにしてもよく、いずれにしても、作動流体を超音速状態で噴射できる、いわゆるラバルノズルを形成できるならば、その形状は問わない。
【００４９】
この第３実施例の場合にも、先の第１実施例及び第２実施例と同様な作用効果を発揮できる。すなわち、排気ガスはノズル本体１００の中心を通って排気ガス導入口１１４より放出され、また作動流体であるＮ_２ガスは作動ガスヘッダ９２から導入管１０４内及び喉部１００Ａを通ってリング状の作動流体噴射口１００Ｃより超音速状態で噴射される。この時このＮ_２ガスは排気ガスと混合されて、この混合ガスが断熱膨張する結果、自冷して低温になるので、前述したように排気ガスを巻き込みつつガス状の不純物を凝縮、凝固することになる。この場合、第２実施例の場合と同様に、このノズル手段１１２はポンプ機能を発揮するので、排気コンダクタンスに悪影響を与えることを防止することができる。
【００５０】
更には、この第３実施例の場合には、排気ガスの周囲を囲むようにして作動流体であるＮ₂ ガスが流れることになるので、排気ガスが混合管１０６の内壁面や拡散管１０８の内壁面に直接接触することを避けることができる。従って、上記凝縮、凝固した不純物が、上記混合管１０６や拡散管１０８の内壁面に付着することを防止することができる。尚、この第３実施例の場合でも、上記不純物の付着を完全に防止するために第２実施例のように付着防止用加熱手段９６を設けるようにしてもよい。
尚、上記各実施例においては、凝縮、凝固の起点となる核を形成するために、水蒸気を導入してこれを氷結させるようにしたが、これに限定されず、セラミックスや石英等のパウダを用いるようにしてもよい。また作動流体に関してもＮ₂ ガスに限定されず、ＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガス、Ｈ₂ ガス等を用いてもよい。
【００５１】
また成膜する膜種に関してもＴｉ膜に限定されず、反応副生成物や未反応物質を排気ガス中から除去する必要のある全ての成膜装置、或いは処理装置に本発明を適用することができる。
また、上記各実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用できるのは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトラップ装置、処理システム及び不純物除去方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１〜７、９〜１４の発明によれば、ノズル手段により作動流体を超音速で吹き込むことにより排気ガスと混合させると共に、この混合ガスを断熱膨張させることにより、排気ガスを冷却してガス状の不純物を凝縮、凝固して捕集させるようにしたので、冷却効率を常に高く維持することができ、従って、捕集効率も常に高く維持することができる。また、従来のトラップ装置で用いた冷却フィン等のような複雑な構造物を不要にできるので、不純物捕集容器内に凝縮、凝固により付着した例えば粘性のある捕集物を除去するメンテナンス作業を行う際に、このメンテナンス作業を迅速に、且つ容易に行うことができる。
また、排気ガス中に核を導入するようにしたので、ガス状の不純物が過冷却状態になることを防止してこの凝縮、凝固を促進することができるので、不純物の捕集効率を一層向上させることができる。
請求項８の発明によれば、付着防止用加熱手段により混合管や拡散管が加熱されているので、この内壁面に不純物が例えば粘性のある固形物状になって付着することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトラップ装置が設けられる処理システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明のトラップ装置の第１実施例を示す断面図である。
【図３】本発明のトラップ装置の第２実施例を示す断面図である。
【図４】図３中の１つのノズル手段を示す拡大断面図である。
【図５】図４中のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図６】本発明のトラップ装置の第３実施例を示す断面図である。
【図７】図６中の１つのノズル手段を示す拡大断面図である。
【図８】図７中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【符号の説明】
２処理システム
４処理装置
６真空排気系
８トラップ装置
１０処理容器
３４排気通路
３６真空ポンプ
３８除害装置
５０不純物捕集容器
６４ノズル手段
６６作動ガス通路
６８作動ガス源
７２核導入手段
７４ノズル本体
７４Ａ喉部
７４Ｃ作動流体噴射口
８０前段滞留室
８６導入管
８８混合管
９０拡散管
９２作動ガスヘッダ
９４排気ガス導入口
９６付着防止用加熱手段
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a trap apparatus, a processing system, and an impurity removing method for removing gaseous impurities in exhaust gas discharged from a processing apparatus such as a film forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
In general, in order to form an integrated circuit such as an IC or a logic element, a process of forming a desired thin film on a surface of a semiconductor wafer, a glass substrate, an LCD substrate, or the like and a process of etching the film into a desired pattern are repeated. It is done.
By the way, taking a film forming process as an example, in this process, a predetermined process gas (raw material gas) is reacted in a processing container to react with a silicon thin film, a silicon oxide or nitride thin film, or a metal. A thin film of metal, a thin film of metal oxide or nitride, etc. are formed on the surface of the object to be processed. At the same time as this film formation reaction, an extra reaction byproduct is generated and discharged together with the exhaust gas. Unreacted processing gas is also discharged.
[0003]
Since these reaction by-products and unreacted processing gas are released into the atmosphere as they are, they cause environmental pollution and the like, and are generally trapped in an exhaust gas system extending from the processing container to prevent this. An apparatus is interposed to capture and remove reaction by-products and unreacted processing gas contained in the exhaust gas.
Various configurations of this trap apparatus have been proposed according to the characteristics of reaction by-products to be captured and removed. For example, when removing reaction by-products that are condensed (liquefied) and solidified (solidified) at room temperature, As an example, this trap device is configured by providing a large number of fins in a housing having an exhaust gas inlet and an exhaust port. The fins are sequentially arranged with respect to the flow direction of the exhaust gas so that when the exhaust gas passes between the fins, reaction by-products in the exhaust gas adhere to the fin surface and are captured. It has become. In addition, the fins are cooled by a cooling fluid or the like to increase the capture efficiency.
[0004]
Here, TiCl, which is a refractory metal halogen compound, is used as a source gas._Four The case where a Ti metal film is formed using (titanium tetrachloride) will be described as an example._Four Besides H₂ A gas is used, which is activated by plasma in the presence of Ar gas and reduced with hydrogen, and a Ti film is deposited on the surface of the semiconductor wafer. At this time, TiClx (X <4) is generated as a reaction by-product, and unreacted TiCl_Four There are also gases, these TiClx and TiCl_Four Etc. are contained in the exhaust gas and flow out. These TiClx and TiCl_Four Are trapped by the trap device as described above because they are impurity gases that cause air pollution.
[0005]
Here, TiCl which is the above-mentioned unreacted gas_Four Since the impurity gas such as TiClx which is a reaction by-product has a relatively high vapor pressure, it can be completely captured and removed in the trap device even if the trap device is cooled as described above. In some cases, it was quite difficult to obtain a sufficient recovery rate. For this reason, in the abatement apparatus provided on the downstream side of the trap mechanism, it takes a considerable burden to completely remove the impurity gas that has passed through the trap mechanism and render it harmless. There was a problem that not only the cost increased, but also the life of the abatement device itself was shortened. Such a problem is caused by TiCl_Four And WF₆ Ya (Ta (OE)_Five )₂ This is a common problem of a film forming apparatus using a refractory metal compound gas such as (pentoethoxytantalum).
[0006]
TiCl_Four As another film forming method using a TiN film, a method of forming a TiN film is known. That is, TiCl, which is a refractory metal halide, is used as a source gas._Four The case where a TiN film is formed using (titanium tetrachloride) will be described as an example._Four In addition to NH_Three A TiN film is deposited on the surface of the semiconductor wafer by using gases and reacting both gases. At this time, NH as a reaction by-product_Four Cl and TiCl_Four (NH_Three ) N (n is a positive integer) and unreacted TiCl_Four There is also gas, and these gas components are included in the exhaust gas and flow out, and are captured by the trap device as described above.
[0007]
In order to remove the impurity gas contained in the exhaust gas, for example, chlorine gas more completely, a reactive gas that reacts with the impurity gas, for example, ammonia gas, is mixed with the exhaust gas in the middle of the exhaust system to condense the impurity gas. There is also proposed a method of efficiently removing impurity gas by converting it into a substance that is easily treated, for example, ammonium chloride, and cooling and condensing this ammonium chloride in a trap device (Patent Document 1).
In addition, as disclosed in Patent Document 2, when the wax is liquefied and recovered from the exhaust gas containing the wax vapor discharged from the sintering furnace for sintering the powder molded product, a wax trap is used. Also disclosed is a technique in which trap disks having small holes are arranged in multiple stages in the apparatus, and the exhaust gas passing through the small holes is adiabatically expanded and the exhaust gas is cooled by itself to liquefy and recover the wax. ing.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-214272 A
[Patent Document 2]
JP 62-4405 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional trap apparatus as shown in Patent Document 1 as described above, when the trapped material adheres to the cooling fin as the trap process proceeds, the exhaust gas passes through the trapped material layer and the cooling fin. Since heat exchange is performed, the cooling efficiency with respect to the exhaust gas gradually decreases, so that the trapping effect also deteriorates with time, and not only the impurity gas cannot be completely removed, but also the frequency of maintenance increases. There was a problem such as. In this case, in order to prevent the collection efficiency from deteriorating with time, it is conceivable to set a large number of cooling fins. However, in this case, the apparatus becomes excessively large, which is not practical. Further, when the collected matter is removed from the cooling fins by cleaning during maintenance, there is a problem that the cooling fins are formed in multiple stages and the entire structure is complicated, so that the cleaning operation is difficult to perform.
[0010]
Further, in the trap device as shown in Patent Document 2, when the collected material is a viscous solid material, the collected material gradually closes the small holes of the trap disk, so that the maintenance frequency becomes very high. There was a problem such as.
Further, in the trap device of Patent Document 2, exhaust gas is adiabatically expanded using simple holes, so that the cooling efficiency is not so high, and therefore, the impurity gas in the exhaust gas is sufficiently collected. In addition, there is a problem that the collection efficiency is relatively low.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a trap device, a processing system, and an impurity removal method that have a simple structure for removing gaseous impurities from exhaust gas and that can maintain a high collection efficiency at all times. It is in.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  As a result of earnest research on the trapping method of gaseous impurities in exhaust gas, the present inventor has used a Laval nozzle.By mixing the exhaust gas by blowing the working fluid at supersonic speed, and adiabatic expansion of the mixed gas,The present invention has been achieved by obtaining the knowledge that exhaust gas can be efficiently cooled to condense, solidify and collect gaseous impurities.
[0012]
  The invention according to claim 1Deposition process that forms a thin film on the surface of the object by reacting the film forming gasIs included in the exhaust gas flowing in the vacuum exhaust system, which is interposed in the vacuum exhaust system having a vacuum pump for evacuating the inside of the processing apparatus.Gas, which is a reaction by-product generated by the reaction of the gas and an unreacted gas of the gasIn the trap device for removing gaseous impurities, an impurity collection container interposed in the exhaust passage of the vacuum exhaust system,The exhaust gas is mixed by blowing the working fluid at supersonic speed, and the resulting mixed gas is expanded adiabatically.In the impurity collection containerBefore the gaseous impurities are containedNozzle means for reducing the temperature of the exhaust gas;A nucleus introducing means for introducing a substance that becomes a nucleus when the gaseous impurities in the mixed gas are cooled and condensed or solidified;A trap device characterized by comprising:
  Thus, by the nozzle meansBy blowing the working fluid at supersonic speed and mixing it with the exhaust gas, by adiabatically expanding this mixed gas,The exhaust gas is cooled to condense and solidify and collect gaseous impurities, so that the cooling efficiency can always be kept high, and therefore the collection efficiency can always be kept high. . In addition, since a complicated structure such as a cooling fin used in a conventional trap device can be made unnecessary, a maintenance work for removing, for example, a viscous trapped substance that has adhered to the impurity collection container due to condensation or solidification. When performing, this maintenance work can be performed quickly and easily.
  In addition, since the nucleus that is the starting point of condensation and solidification is introduced into the exhaust gas, it is possible to prevent the gaseous impurities from being brought into a supercooled state and promote the condensation and solidification. It is possible to further improve the collection efficiency.
[0013]
In this case, for example, as defined in claim 2, the nozzle means is provided in parallel with the impurity collecting container a plurality of times.
Further, for example, as defined in claim 3, the nozzle means has a nozzle body whose flow passage area is gradually narrowed along the flow direction of the working fluid and gradually increases after passing through the throat. .
Further, for example, as defined in claim 4, the nozzle body has a working fluid injection port having a substantially circular cross section, and the exhaust gas is trapped in the periphery of the working fluid injection port. A ring-shaped exhaust gas inlet for introduction toward the collection container is formed.
[0014]
Further, for example, as defined in claim 5, the nozzle body has a working fluid injection port whose cross section is formed in a substantially ring shape, and the exhaust gas is introduced to the impurity collection container side in the center thereof. A substantially circular exhaust gas inlet for introduction is formed.
For example, as defined in claim 6, a pre-stage retention chamber is provided for temporarily retaining the exhaust gas toward the exhaust gas inlet.
For example, as defined in claim 7, the supersonic working fluid ejected from the working fluid ejection port and the exhaust gas taken in from the exhaust gas introduction port are mixed on the tip end side of the nozzle means. A mixing tube and a diffusion tube having a pump function by sequentially increasing the flow path area are sequentially connected.
[0015]
  Further, for example, as defined in claim 8, the mixing tube and the diffusion tube are provided with an adhesion preventing heating means for preventing the impurities from condensing and solidifying.
  According to this, since the mixing tube and the diffusion tube are heated by the adhesion preventing heating means, it is possible to prevent impurities from adhering to the inner wall surface in the form of, for example, a viscous solid.
[0016]
  Also for example billingItem 9As described above, the impurity collecting container is detachably provided with an impurity attachment plate for attaching the condensed and solidified impurities.
  For example, claimsNo. 10As can be seen, the nozzle means is a Laval nozzle.
  Also for example billingItem 11As defined, the working fluid is N₂ , H₂ , Ar, and He are made of any one gas.
  Also for example billingItem 12As specified, the processing device comprises:A film forming process is performed in which a film forming gas is reacted to form a thin film on the surface of the object to be processed.It is a processing device.
[0017]
  Claim13The invention is a processing system using the trap device, that is,Processing to form a thin film on the surface of the object to be processed by reacting the film forming gas2. An apparatus, an evacuation system in which a vacuum pump is provided in the middle to evacuate the inside of the processing apparatus, and an evacuation system interposed in the evacuation systemUp to twelveWhat is claimed is: 1. A processing system comprising: the trap device according to claim 1.
  ClaimItem 14The invention according to the above stipulates a trapping method performed using the trap device, that is,A process for forming a thin film on the surface of an object to be processed by reacting a film forming gas.From the exhaust gas exhausted from the control deviceA gaseous state comprising an unreacted gas of the gas or a reaction by-product gas generated by the reaction of the gas.In the impurity removal method for removing impurities, in the exhaust gasBefore the exhaust gas is mixed by blowing a working fluid at supersonic speed, and the resulting mixed gas is adiabatically expanded to contain the gaseous impurities in the impurity collection container.While reducing the temperature of the exhaust gasA substance that becomes a nucleus when the gaseous impurities in the mixed gas are cooled and condensed or solidified is introduced.This is an impurity removal method characterized by the above.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a trap device, a processing system, and an impurity removal method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a processing system provided with a trap apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the trap apparatus of the present invention.
In this embodiment, TiCl, which is a refractory metal halide compound gas, is used as the refractory metal compound gas on the surface of the semiconductor wafer as the object to be processed._Four A case where a Ti film is formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) using a gas will be described as an example.
As shown in FIG. 1, the processing system 2 evacuates the processing apparatus (film forming apparatus) 4 that actually forms a Ti film on the semiconductor wafer W and the atmosphere in the processing apparatus 4. The vacuum pumping system 6 for exhausting and the trap device 8 of the present invention interposed in the vacuum pumping system 6 are mainly configured.
[0019]
First, the processing apparatus 4 will be described. The processing apparatus 4 has a cylindrical processing container 10 made of, for example, aluminum, and the processing container 10 is grounded. In the processing container 10, a mounting table 14 is provided from the bottom via a conductive support column 12, and a semiconductor wafer W as an object to be processed is mounted and held on the upper surface. . The mounting table 14 is made of a conductive material such as Ni and also serves as a lower electrode, and a resistance heater 16 for heating the semiconductor wafer W is embedded therein.
[0020]
Further, a shower head 18 for introducing a necessary gas such as a raw material gas into the processing container 10 is provided on the ceiling of the processing container 10 via an insulating material 20. A gas supply passage 24 provided with a supply-side on-off valve 22 is connected to control the flow rate of TiCl._Four Gas, H₂ Necessary gases such as gas and Ar gas can be supplied. Each gas may be supplied from an independent supply passage.
The shower head 18 also serves as an upper electrode. A high frequency power source 28 having a frequency of 450 kHz, for example, is connected to the shower head 18 via a matching circuit 26, and a high frequency is applied between the mounting table 14 and the shower head 18. Plasma is generated. The frequency of the high frequency power supply 28 is not limited to 450 kHz, and other frequencies may be used, for example, 13.56 MHz.
Further, a gate valve 30 for loading and unloading the wafer W is provided on the side wall of the processing vessel 10, and an exhaust port 32 is provided on the bottom periphery.
[0021]
On the other hand, the vacuum exhaust system 6 connected to the processing apparatus 4 formed as described above has an exhaust passage 34 made of stainless steel having an inner diameter of about 10 cm, for example, connected to the exhaust port 32. In the exhaust passage 34, the trap device 8 for removing gaseous impurities in the exhaust gas, the vacuum pump 36 for evacuating the atmosphere in the processing vessel 10, and the impurity gas remaining in the exhaust gas are completely removed. An abatement device 38 to be removed is sequentially provided downstream in this order.
In addition, a pressure control valve 40 that controls the pressure in the processing container 10 by changing the flow path area of the exhaust passage 34 is interposed on the most upstream side of the exhaust passage 34. In the exhaust passage 34 immediately downstream of the pressure control valve 40, ammonia (NH_Three ) Ammonia gas nozzle 42 for injecting gas is provided. Ammonia gas is injected into the exhaust gas flowing therethrough to react hydrogen chloride or chlorine gas contained in the exhaust gas with this ammonia gas, and so on. Can be formed.
[0022]
The exhaust passages 34 immediately upstream and downstream of the trap device 8 are respectively provided with on-off valves 44 for isolating the trap device 8 from the exhaust passage 34 when the trap device 8 is attached or detached. Tape heaters 46A and 46B are wound around the gas supply passage 24 and the exhaust passage 34 between the processing vessel 10 and the trap device 8, respectively, as shown by dotted lines in the figure. The impurity gas flowing in 34 is heated to a temperature equal to or higher than the critical temperature (condensation temperature or solidification temperature) to prevent the impurity gas from being liquefied or solidified in the passages 24, 34. .
[0023]
And the trap apparatus 8 which concerns on this invention has the impurity collection container 50 shape | molded, for example in the box shape made from aluminum, as shown also in FIG. A gas inlet 52 is formed in the ceiling portion of the impurity collecting container 50, and an exhaust passage 34 extending from the upstream side is connected to the gas inlet 52 to introduce exhaust gas. Further, a gas outlet 54 is formed on one side wall of the impurity collecting container 50, and an exhaust passage 34 extending downstream is connected to the gas outlet 54 so that the exhaust gas from which gaseous impurities have been removed is downstream. It is designed to discharge to the side. The installation positions of the gas inlet 52 and the gas outlet 54 are not particularly limited.
[0024]
On the other side wall of the impurity collecting container 50, for example, an openable / closable door 56 that can be opened and closed is provided. The openable / closable door 56 can be opened and closed when necessary, such as during maintenance. The open / close door 56 is airtightly closed through a seal member 58 such as an O-ring. Further, an detachable impurity attachment plate 60 is attached to substantially the entire bottom surface of the impurity collection container 50, and impurities which are condensed and solidified on the upper surface, for example, become a liquid having a high viscosity, or Condensed and solidified impurities M (see FIG. 2) are attached.
[0025]
And the nozzle means 64 which is the characteristic of this invention is provided in the ceiling part 62 of the impurity collection container 50 which opposes this impurity adhesion board 60. FIG. The nozzle means 64 has, for example, N as working fluid via the working gas passage 66.₂ A working gas source 68 for storing gas is connected, and N at a predetermined pressure is connected.₂ Gas can be supplied toward the nozzle means 64. In the middle of the working gas passage 66, N₂ An on-off valve 70 for controlling the gas supply is interposed. The working gas passage 66 immediately upstream of the nozzle means 64 is provided with a nucleus introducing means 72 for introducing a substance that becomes a nucleus when gaseous impurities are condensed and solidified in the working fluid. Yes.
[0026]
  As the nucleus introduction means 72 for introducing the nucleus that is the starting point of condensation and solidification, a gas nozzle 72A attached to the working gas passage 66 is provided here, and water vapor whose flow rate is controlled as a nucleus is introduced from the gas nozzle 72A. It has come to be able to do. And by the said structure, from the said nozzle means 64, the said working fluid (N₂ Gas) can be injected. This resultAs a result, the working fluid is blown into the impurity collecting container 50 and adiabatically expanded while being mixed with the exhaust gas.The gas gas is cooled, and gaseous impurities are cooled below the critical point to condense and solidify.
[0027]
In this case, as shown in FIG. 2, the nozzle main body 74 forming the nozzle means 64 is gradually narrowed in the center along the flow direction of the working fluid, and the throat portion 74A having the narrowest channel area. Accordingly, the working fluid injection port 74C has a shape in which the cross section of the lowermost end thereof is substantially circular. As such nozzle means 64, for example, a Laval nozzle can be used.
[0028]
Next, an impurity removal method performed using the processing system configured as described above will be described.
First, at the time of forming the Ti film, the semiconductor wafer W is mounted on the mounting table 14 in the processing container 10 of the processing apparatus 4, and this is heated and maintained at a predetermined temperature. At the same time, a high-frequency voltage is applied between the mounting table 14 serving as the lower electrode and the shower head 18 serving as the upper electrode._Four Gas, H₂ A predetermined gas such as gas or Ar gas is flowed while controlling the flow rate, and plasma is generated in the processing space to form a Ti film. At the same time, the evacuation system 6 is also driven to evacuate the atmosphere in the processing vessel 10 and maintain the inside at a predetermined pressure.
[0029]
Regarding the process conditions at this time, for example, assuming that the wafer size is 8 inches, the process pressure is 665 Pa (≈5 Torr), the process temperature is about 650 ° C., TiCl_Four The gas flow rate is about 5 sccm, H₂ The gas flow rate is about 2000 sccm, and the Ar gas flow rate is about 500 sccm.
Due to the film formation reaction of the Ti film, TiCl_Four About 10% of the gas is consumed, but the remaining about 90% is used as unreacted gas and TiCl.₂ And TiCl_Three As a reaction byproduct such as HCl or HCl, the exhaust gas flows into the exhaust passage 34 of the vacuum exhaust system 6 from the exhaust port 32 and flows down, and this exhaust gas further flows into the trap device 8, the vacuum pump 36, and the detoxifying device. It flows in order of 38. Here, among the unreacted gas and reaction byproducts, particularly TiCl._Four Since the gas has a relatively high vapor pressure, it is difficult to be trapped._Three Gas is introduced into the exhaust passage 34, and this allows NH_Three Gas and mainly TiCl_Four React with gas to get TiCl_Four ・ 2NH_Three The compound which consists of a complex of is formed. This complex is TiCl_Four Vapor pressure is much lower than gas, for example TiCl_Four The gas is 1300 Pa at 21.3 ° C., but the complex is 1 × 10 2 at 21.3 ° C.^-FourIt is about Pa. HCl gas is also NH_Three NH reacts with gas_Four Although it becomes Cl gas, this also has a low vapor pressure.
[0030]
Thus, mainly the unreacted residual gas is NH_Three It is converted to a compound with a low vapor pressure by reacting with gas, and the reaction by-product HCl is converted to NH._Three It reacts with the gas to be converted into a compound having a low vapor pressure and is relatively easily collected in the trap device 8. The above complex or NH_Four Gaseous impurities such as Cl are contained in the exhaust gas and introduced into the impurity collecting container 50 from the gas inlet 52 of the trap device 8.
Here, the impurity collecting container 50 is filled with N as working fluid from the nozzle means 64 provided on the ceiling.₂ Gas is blown in a supersonic state by adiabatic expansion. This N₂ As the gas undergoes adiabatic expansion, the temperature of the gas itself decreases (also referred to as self-cooling) and mixes with the exhaust gas, thereby cooling the exhaust gas, so that the gaseous impurities are cooled below the critical point. The impurities M are condensed or solidified and deposited, and the impurities M are collected by adhering to and depositing on the impurity adhering plate 60 provided at the bottom of the impurity collecting container 50. The exhaust gas from which gaseous impurities have been removed in this way is discharged from the gas outlet 54 and flows toward the vacuum pump 36 on the downstream side.
[0031]
  In this way, the pressure difference is N, which is the working fluid.₂ Uses nozzles that can efficiently convert to gas kinetic energy to achieve supersonic conditions, such as Laval nozzles, N blown out from this mule nozzle ₂ The gas mixes with the exhaust gas and adiabatically expands.Since the gaseous impurities are cooled, condensed and solidified by the cold heat that is self-cooled, the gaseous impurities can be efficiently removed from the exhaust gas.
  In addition, since the cooling fins used in the conventional trap apparatus are not used, the cooling efficiency can be constantly maintained high, and even if the collected impurities increase, the exhaust conductance is not adversely affected. . Moreover, since the cooling fins are not used as described above, the overall configuration of the trap device 8 can be simplified. The flow rate of the working fluid at this time is set to a flow rate that does not adversely affect the pressure control in the upstream processing container 10.
[0032]
N which is the above working fluid₂ Since the gas contains water vapor introduced from the nucleus introduction means 72, it is cooled in the impurity collection vessel 50 to function as fine ice particles as a nucleus, and the gaseous impurities are The ice particles are condensed, solidified and precipitated without being supercooled, and as a result, the impurity collection efficiency can be further increased. The nucleus introducing means 72 may be provided in the impurity collecting container 50 so that water vapor is directly introduced into the impurity collecting container 50. This also applies to other embodiments described later.
[0033]
During maintenance of the trap device 8, the detachable impurity adhering plate 60 is taken out from the impurity collecting container 50 after the opening / closing door 56 is removed, and the impurities M adhering to the upper surface of the impurity adhering plate 60 are removed. Since it only needs to be removed by washing, maintenance workability can be greatly improved.
In the first embodiment, in order to facilitate understanding of the present invention, the case where only one nozzle means 64 is provided has been described as an example. However, a plurality of nozzle means 64 are provided in parallel. The working fluid mixed with water vapor may be jetted and blown from the nozzle means 64 into the impurity collecting container 50.
[0034]
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the structure of the nozzle means 64 of the first embodiment is slightly changed, and a plurality of the nozzle means 64 are provided in parallel.
3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the trap apparatus of the present invention, FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing one nozzle means in FIG. 3, and FIG. 5 is an AA arrow in FIG. FIG. The same components as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in the drawing, here, a front stage retention chamber 80 made of, for example, stainless steel for temporarily retaining or storing exhaust gas flowing from the processing container 10 side is provided on the front stage side of the impurity collection container 50. A gas inlet 82 is provided in a part of the side wall of the pre-stage residence chamber 80, and an upstream exhaust passage 34 is connected to the gas inlet 82 to allow exhaust gas to flow in.
[0035]
A plurality of front side retention chambers 80 and the inside of the impurity collection container 50 are communicated between the longitudinal side wall of the front stage retention chamber 80 and the ceiling 62 of the impurity collection container 50. In the illustrated example, nine communication passages 84 are provided in parallel, and the exhaust gas in the pre-stage residence chamber 80 flows toward the impurity collection container 50 through the communication passages 84. As shown in FIG. 4, the communication path 84 has an introduction pipe 86 that has a conical shape whose inner diameter is sequentially reduced along the flow direction of the exhaust gas, and a cylindrical body that follows the introduction pipe 86. The mixing tube 88 and the mixing tube 88 are mainly composed of a diffusion tube 90 whose inner diameter is sequentially expanded along the flow direction of the exhaust gas.
[0036]
On the other hand, a working gas header 92 of a predetermined size connected to the working gas passage 66 is provided in the upstream residence chamber 80, and the working gas header 92 contains water vapor that is the starting point of condensation and solidification. Introduced working gas is introduced. The nozzle means 64 having the same structure as that described in FIG. 2 is provided extending from the working gas header 92 toward the communication passages 84. As shown in FIG. 4, the tip of the nozzle body 74 of the nozzle means 64 is substantially located at the junction between the introduction pipe 86 and the mixing pipe 88 and is in a non-contact state.
[0037]
Accordingly, as shown in FIG. 5, in this portion, a working fluid injection port 74C having a substantially circular cross section is formed in the central portion, and an exhaust gas introduction having a substantially ring shape is provided so as to surround the working fluid injection port 74C. An opening 94 is formed, and exhaust gas is introduced from the exhaust gas introduction port 94 into the impurity collection container 50. Here, as described above, the nozzle body 74 is gradually narrowed in the center along the flow direction of the working fluid, and gradually expands after passing through the throat portion 74A having the narrowest channel area. Accordingly, the working fluid injection port 74C has a substantially circular cross section at its lowermost end. As the nozzle means 64, for example, a Laval nozzle can be used as described above.
[0038]
Thus, as a result of jetting the supersonic working fluid from the nozzle means 64, the nozzle means 64 has a pump function like an ejector pump, and the exhaust gas from the exhaust gas inlet 94. Is pushed by the jet of working gas and flows toward the exhaust side.
Further, on the outer peripheral wall of the mixing tube 88 and the diffusion tube 90, for example, a heating means 96 for preventing adhesion such as a tape heater is provided, and by heating this to a temperature higher than the critical temperature of gaseous impurities, Impurities are prevented from condensing and solidifying on the inner wall surface.
[0039]
In the case of the second embodiment, basically the same operational effects as in the case of the first embodiment can be exhibited. For example, the exhaust gas flowing from the processing container 10 side diffuses throughout the front-stage residence chamber 80 and is introduced into the impurity collection container 50 in parallel through the communication paths 84. At the same time, from the working fluid jets 74C of the nozzle means 64 via the working gas header 92, for example, N as working fluid.₂ Gas is injected in a supersonic state by adiabatic expansion. N in this supersonic state₂ The gas is diffused in the diffusion pipe 90 while being mixed with the exhaust gas introduced from the ring-shaped exhaust gas inlet 94 in the mixing pipe 88 and reaches the impurity collection container 50 to cool the gaseous impurities. Then, it is condensed and solidified, and the impurity M adheres on the impurity adhesion plate 60. Thereby, as in the case of the first embodiment, impurities can be efficiently removed from the exhaust gas. In particular, since the plurality of nozzle means 64 are provided in parallel, the impurity removal efficiency can be increased accordingly.
[0040]
Further, by mixing a nucleus such as water vapor into the working fluid, as in the case of the first embodiment, it is possible to eliminate the supercooling of gaseous impurities and further improve the efficiency of removing these impurities. Furthermore, while the conventional trap device acts to reduce the exhaust conductance, in this second embodiment, the nozzle means 64 exhibits a pump function and is a ring provided around the working fluid injection port 74C. Since the exhaust gas from the exhaust gas inlet 94 is pushed into the exhaust side, the exhaust conductance can be increased and the exhaust system is not adversely affected. In addition, since the mixing tube 88 and the diffusion tube 90 are provided with the heating means 96 for preventing adhesion so as to heat them, it is possible to prevent impurities from adhering to the inner wall surface side.
[0041]
Here, in the configuration shown in FIG. 4, as a result of examining each parameter such as temperature, pressure, and flow velocity at each part, the following results were obtained.
Working fluid pressure P1: 1.33 × 10 at the nozzle inlet^Four Pa (≒ 0.1atm)
Gas temperature T1: 293K of the working fluid in the working gas source 68 (20 ° C.)
Working fluid flow velocity U1: 0.0 m / s at nozzle inlet (can be regarded as zero compared to supersonic speed)
Specific heat ratio κ of gas: 1.4
Exhaust gas pressure Pe2: 133 Pa at the exhaust gas inlet 94
Exhaust gas temperature Te2 at the exhaust gas inlet 94: 423K (150 ° C.)
Exhaust gas velocity Ue2 at the exhaust gas inlet 94: 328.2 m / s
Area Se of exhaust gas inlet 94: 808.5 mm²
Area Sn of working fluid injection port 74C: 1155.0 mm²
Diameter D1 of mixing tube 88: 50.0 mm
Diffusion tube 90 outlet diameter D2: 53.9 mm
[0042]
When each parameter was set as described above, the following results were obtained.
Pressure Pn2 at nozzle outlet: 133 Pa (≈0.001 atm)
Working fluid temperature at the nozzle outlet Tn2: 78.6K (-194.4 ° C)
Working fluid velocity at nozzle outlet Un2: 656.4 m / s (supersonic state)
Pressure P4 at the outlet of the mixing pipe 88: 133 Pa
Temperature T4 of the mixed gas at the outlet of the mixing tube 88: 150.8K (-122.2 ° C)
Gas velocity U4 at the outlet of the mixing tube 88: 413.3 m / s
Pressure P5 at the outlet of the diffusion tube 90: 189.9 Pa
Temperature T5 of the mixed gas at the outlet of the diffusion tube 90: 167.0 K (−106.0 ° C.)
Velocity U5 of mixed gas at the outlet of the diffusion tube 90: 372 m / s
[0043]
As described above, the temperature of the mixed gas can be very low until the working fluid is injected from the outlet of the nozzle in a supersonic state and then reaches the impurity collecting container 50 through the mixing tube 88 and the diffusion tube 90. Was confirmed.
[0044]
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, with respect to the structure of the nozzle means 64 of the second embodiment, the central side and the outer peripheral side are reversed, exhaust gas is allowed to flow from the central side, and working fluid is injected from the outer peripheral side. It is a thing.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third embodiment of such a trap apparatus of the present invention, FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing one nozzle means in FIG. 6, and FIG. 8 is a BB line arrow in FIG. FIG. The same components as those shown in FIGS. 3 to 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in the figure, here, as in the second embodiment, for example, a front stage stay made of stainless steel is used for temporarily retaining or storing the exhaust gas flowing from the processing container 10 side on the front stage side of the impurity collecting container 50. A chamber 80 is provided. A gas inlet 82 is provided in a part of the side wall of the pre-stage residence chamber 80, and an upstream exhaust passage 34 is connected to the gas inlet 82 to allow exhaust gas to flow in.
[0045]
Further, a plurality of substantially cylindrical nozzle bodies 100 in the illustrated example are provided to extend toward the impurity collecting container 50 from the longitudinal side wall of the upstream residence chamber 80. Further, a working gas header 92 of a predetermined size connected to the working gas passage 66 is provided between the pre-stage residence chamber 80 and the impurity collection container 50.
[0046]
A plurality of the working gas header 92 and the impurity collecting container 50 are communicated between the longitudinal side wall of the working gas header 92 and the ceiling portion 62 of the impurity collecting container 50 in the illustrated example. Six communication passages 102 are provided in parallel, and the working fluid in the working gas header 92 flows to the inside of the impurity collection container 50 through the communication passages 102. As shown in FIG. 7, the communication path 102 has an introduction pipe 104 whose inner diameter is successively reduced along the flow direction of the working fluid and formed into a conical shape, and a cylindrical body following the introduction pipe 104. The mixing tube 106 and the diffusion tube 108 whose inner diameter is sequentially expanded along the flow direction of the exhaust gas (working fluid) following the mixing tube 106 are mainly configured.
[0047]
Here, a nozzle outer cylinder 110 is constituted by the introduction pipe 104 and the mixing pipe 106, and the nozzle means 112 is formed by the nozzle outer cylinder 110 and the nozzle body 100. Specifically, the nozzle body 100 is inserted into the header through the one side wall of the working gas header 92 in an airtight manner, and the tip of the nozzle body 100 is inserted partway through the mixing tube 106 and is not In contact. The outer periphery of the tip of the nozzle body 100 has a shape in which the channel area is gradually narrowed along the flow direction of the working fluid and gradually increases after passing through the throat portion 100A having the smallest channel area. The constricted portion 112 having a convex cross section is formed in a ring shape, and when the working fluid passes through this flow path, the differential pressure between the portion (1) and the portion (2) (see FIG. 7) is effective. It is converted to speed so that a supersonic state can be realized at a low temperature.
[0048]
Therefore, as shown in FIG. 8, an exhaust gas inlet 114 having a substantially circular cross section is formed at the central portion, and a working fluid injection port 100 </ b> C having a substantially ring shape is formed so as to surround the exhaust gas inlet 114. Thus, the exhaust gas is introduced from the exhaust gas introduction port 114 toward the impurity collection container 50. Further, the working fluid is ejected from the working fluid ejection port 100C. The throttle section 112 having a convex cross section may be provided not on the nozzle body 100 side but on the inner surface side of the mixing tube 106, or on both sides. As long as a so-called Laval nozzle can be formed in a supersonic state, the shape is not limited.
[0049]
  In the case of the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be exhibited. That is, the exhaust gas is discharged from the exhaust gas introduction port 114 through the center of the nozzle body 100 and is a working fluid N.₂ From the working gas header 92, the gas passes through the inlet pipe 104 and the throat portion 100 </ b> A to the ring-shaped working fluid jet 100 </ b> C.In supersonic conditionsBe injected. This N at this time₂ gasIs mixed with exhaust gas, and this gas mixture adiabatically expands, resulting in self-cooling and low temperature.As described above, gaseous impurities are condensed and solidified while the exhaust gas is involved. In this case, as in the case of the second embodiment, since the nozzle means 112 exhibits a pump function, it is possible to prevent adverse effects on the exhaust conductance.
[0050]
Furthermore, in the case of this third embodiment, N is a working fluid so as to surround the exhaust gas.₂ Since the gas flows, the exhaust gas can be prevented from coming into direct contact with the inner wall surface of the mixing tube 106 and the inner wall surface of the diffusion tube 108. Therefore, the condensed and solidified impurities can be prevented from adhering to the inner wall surfaces of the mixing tube 106 and the diffusion tube 108. Even in the case of the third embodiment, an adhesion preventing heating means 96 may be provided as in the second embodiment in order to completely prevent the adhesion of the impurities.
In each of the above embodiments, in order to form a nucleus that is a starting point for condensation and solidification, water vapor is introduced to freeze it. However, the present invention is not limited to this, and powders such as ceramics and quartz are used. You may make it use. Also for working fluid, N₂ Not limited to gas, inert gas such as Ar gas and He gas, H₂ Gas or the like may be used.
[0051]
Further, the type of film to be formed is not limited to the Ti film, and the present invention can be applied to all film forming apparatuses or processing apparatuses that need to remove reaction by-products and unreacted substances from the exhaust gas. it can.
In each of the above-described embodiments, the semiconductor wafer has been described as an example of the object to be processed. However, the present invention is not limited to this and can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, or the like.
[0052]
【The invention's effect】
  As described above, according to the trap device, the processing system, and the impurity removal method of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
  Claims 1-79-14According to the invention, by the nozzle meansBy blowing the working fluid at supersonic speed and mixing it with the exhaust gas, by adiabatically expanding this mixed gas,Since the exhaust gas is cooled and the gaseous impurities are condensed and solidified to be collected, the cooling efficiency can always be kept high, and therefore the collection efficiency can always be kept high. In addition, since a complicated structure such as a cooling fin used in a conventional trap device can be made unnecessary, a maintenance work for removing, for example, a viscous trapped substance that has adhered to the impurity collecting container due to condensation or solidification. When performing, this maintenance work can be performed quickly and easily.
  In addition, since nuclei are introduced into the exhaust gas, gaseous impurities can be prevented from becoming supercooled and this condensation and solidification can be promoted, further improving the collection efficiency of impurities. Can be made.
  According to the invention of claim 8, since the mixing tube and the diffusion tube are heated by the adhesion preventing heating means, it is possible to prevent impurities from adhering to the inner wall surface in the form of, for example, a viscous solid.Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a processing system provided with a trap device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the trap device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the trap device of the present invention.
4 is an enlarged cross-sectional view showing one nozzle means in FIG. 3. FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the trap device of the present invention.
7 is an enlarged sectional view showing one nozzle means in FIG. 6. FIG.
8 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
2 Processing system
4 processing equipment
6 Vacuum exhaust system
8 Trap device
10 Processing container
34 Exhaust passage
36 Vacuum pump
38 Detoxification device
50 Impurity collection container
64 nozzle means
66 Working gas passage
68 Working gas source
72 Nuclear introduction means
74 Nozzle body
74A Throat
74C Working fluid injection port
80 First stage retention chamber
86 Introduction pipe
88 Mixing tube
90 Diffusion tube
92 Working gas header
94 Exhaust gas inlet
96 Heating means for preventing adhesion
W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims

成膜用のガスを反応させて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理を施す処理装置内を真空排気するための真空ポンプを有する真空排気系に介設されて、前記真空排気系内を流れる排気ガス中に含まれるガスであって、前記ガスの未反応ガスや前記ガスの反応によって生じた反応副生成物のガスよりなるガス状の不純物を除去するためのトラップ装置において、
前記真空排気系の排気通路に介設された不純物捕集容器と、
作動流体を超音速で吹き込むことにより前記排気ガスを混合させると共に生じた混合ガスを断熱膨張させて前記不純物捕集容器内で前記ガス状の不純物が含まれる前記排気ガスの温度を低下させるノズル手段と、
前記混合ガス中における前記ガス状の不純物が冷却されて凝縮又は凝固する時に核となる物質を導入するための核導入手段と、
を備えたことを特徴とするトラップ装置。A vacuum exhaust system having a vacuum pump for evacuating the inside of a processing apparatus for performing a film forming process for forming a thin film on the surface of the object to be processed by reacting a film forming gas. In a trap device for removing gaseous impurities consisting of unreacted gas of the gas and reaction by-product gas generated by reaction of the gas, which is contained in exhaust gas flowing through the inside,
An impurity collection container interposed in an exhaust passage of the vacuum exhaust system;
Nozzles for the working fluid to lower the temperature of the pre-Symbol exhaust gas contains the gaseous impurities mixed gas in the impurity collecting container by adiabatic expansion caused along with mixing the exhaust gas by blowing supersonic Means,
A nucleus introducing means for introducing a substance that becomes a nucleus when the gaseous impurities in the mixed gas are cooled and condensed or solidified;
A trap device comprising:

前記ノズル手段は、前記不純物捕集容器に対して複数回並列に設けられることを特徴とする請求項１記載のトラップ装置。 2. The trap apparatus according to claim 1, wherein the nozzle means is provided in parallel with the impurity collecting container a plurality of times.

前記ノズル手段は、その流路面積が作動流体の流れ方向に沿って次第に絞り込まれて喉部を通過した後に次第に拡大するようになされたノズル本体を有することを特徴とする請求項１または２記載のトラップ装置。 3. The nozzle means has a nozzle body whose flow path area is gradually narrowed along the flow direction of the working fluid and gradually expands after passing through the throat. Trap device.

前記ノズル本体は断面が略円形に成形された作動流体噴射口を有しており、前記作動流体噴射口の周囲を囲むようにして前記排気ガスを前記不純物捕集容器側に向けて導入するためのリング状の排気ガス導入口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のトラップ装置。 The nozzle body has a working fluid injection port having a substantially circular cross section, and a ring for introducing the exhaust gas toward the impurity collection container so as to surround the working fluid injection port. The trap apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an exhaust gas introduction port is formed.

前記ノズル本体は断面が略リング状に成形された作動流体噴射口を有しており、その中心部には前記排気ガスを前記不純物捕集容器側に向けて導入するための略円形の排気ガス導入口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のトラップ装置。 The nozzle body has a working fluid injection port having a substantially ring-shaped cross section, and a substantially circular exhaust gas for introducing the exhaust gas toward the impurity collection container at the center thereof. The trap apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an introduction port is formed.

前記排気ガス導入口へ向かう排気ガスを一時的に滞留させるための前段滞留室が設けられることを特徴とする請求項４または５記載のトラップ装置。 6. The trap apparatus according to claim 4 or 5, wherein a pre-stage retention chamber is provided for temporarily retaining exhaust gas toward the exhaust gas introduction port.

前記ノズル手段の先端部側には、前記作動流体噴射口より噴射された超音速の作動流体と前記排気ガス導入口より取り込んだ排気ガスとを混合させる混合管と、その流路面積を順次拡大させてポンプ機能を持たせた拡散管とを順次連結させていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のトラップ装置。 On the tip end side of the nozzle means, a mixing tube for mixing the supersonic working fluid ejected from the working fluid ejection port and the exhaust gas taken in from the exhaust gas introduction port, and the flow passage area are sequentially expanded. The trap apparatus according to any one of claims 4 to 6, wherein a diffusion pipe having a pump function is sequentially connected.

前記混合管と前記拡散管とには、前記不純物が凝縮、凝固して付着することを防止するための付着防止用加熱手段が設けられることを特徴とする請求項７記載のトラップ装置。 8. The trap apparatus according to claim 7, wherein the mixing pipe and the diffusion pipe are provided with an adhesion preventing heating means for preventing the impurities from condensing and solidifying.

前記不純物捕集容器には、前記凝縮、凝固された不純物を付着させるための不純物付着板が着脱可能に設けられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のトラップ装置。The trap apparatus according to any one of claims 1 to 8 , wherein an impurity attachment plate for attaching the condensed and solidified impurities is detachably provided in the impurity collection container.

前記ノズル手段は、ラバルノズルであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のトラップ装置。It said nozzle means, the trap device according to any one of claims 1乃optimum 9, characterized in that a Laval nozzle.

前記作動流体は、Ｎ_２、Ｈ_２、Ａｒ、Ｈｅの内、いずれか１つのガスよりなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のトラップ装置。The working fluid _{is, N 2, H 2, Ar} , among He, trap device according to any one of claims 1乃optimum 10, characterized in that consists of one of the gas.

前記処理装置は、成膜用のガスを反応させて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理を施す処理装置であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のトラップ装置。Wherein the processing device is to react the gas for film formation to one of the claims 1 to 11, characterized in that the processing apparatus for performing a film forming process for forming a thin film on the surface of the object The trap device described.

成膜用のガスを反応させて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理を施す処理装置と、
前記処理装置内を真空引きするために途中に真空ポンプが介設された真空排気系と、
前記真空排気系に介設された請求項１乃至１２のいずれか一項に記載されたトラップ装置と、
を備えたことを特徴とする処理システム。 A processing apparatus for performing a film forming process for reacting a film forming gas to form a thin film on the surface of the object to be processed;
An evacuation system in which a vacuum pump is interposed in the middle to evacuate the inside of the processing apparatus;
A trap apparatus according to any one of the evacuation system according to claim 1乃optimum 12 which is interposed,
A processing system comprising:

成膜用のガスを反応させて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理を施す処理装置から排出される排気ガス中から前記ガスの未反応ガスや前記ガスの反応によって生じた反応副生成物のガスよりなるガス状の不純物を除去する不純物除去方法において、
前記排気ガス中に作動流体を超音速で吹き込むことにより前記排気ガスを混合させると共に生じた混合ガスを断熱膨張させて前記不純物捕集容器内で前記ガス状の不純物が含まれる前記排気ガスの温度を低下させると共に前記混合ガス中における前記ガス状の不純物が冷却されて凝縮又は凝固する時に核となる物質を導入するようにしたことを特徴とする不純物除去方法。 The reaction caused by the reaction of the unreacted gas and the gas of the gas from the exhaust gas discharged from the processing apparatus for performing a film forming process for forming a thin film on the surface of the film forming gas by reacting workpiece In the impurity removal method for removing gaseous impurities composed of by-product gas ,
The temperature of the exhaust gas in which the gaseous impurities are contained in the impurity collection container by adiabatic expansion of the mixed gas generated by blowing the working fluid into the exhaust gas at supersonic speed and adiabatic expansion of the generated mixed gas And a substance which becomes a nucleus when the gaseous impurity in the mixed gas is cooled and condensed or solidified is introduced .